第五章齿轮传动

1、第八章第八章 轴轴东北大学国家工科机东北大学国家工科机械基础课程教学基地械基础课程教学基地2 目录 8.2 8.2 轴的结构设计轴的结构设计 8.3 8.3 轴的强度计算轴的强度计算 8.1 8.1 概述概述 3 8.1 概述概述 （Introduction） 一、轴的分类一、轴的分类一、轴的分类一、轴的分类1 1、按承载分、按承载分心心 轴：只受弯矩轴：只受弯矩M M转转 轴：承受弯矩轴：承受弯矩M+M+扭矩扭矩T T传动轴：只受扭矩传动轴：只受扭矩T T4 8.1 概述概述 （Introduction） 一、轴的分类一、轴的分类2 2 按轴的形状按轴的形状 软软轴轴曲曲轴轴常常见见阶阶梯梯

2、轴轴直直轴轴)(5 8.1 概述概述 （Introduction） 二、二、轴的常用材料轴的常用材料二、二、轴的常用材料轴的常用材料常用材料：优质碳钢常用材料：优质碳钢 4545，3535，50 50 正火或调质正火或调质一般的轴：普通碳钢一般的轴：普通碳钢 Q235Q235，Q275Q275重要的轴：合金钢重要的轴：合金钢 4040CrCr，35SiMn 35SiMn 调质调质 表面淬火表面淬火注：注：高强材料对应力集中敏感高强材料对应力集中敏感 轴的刚度不足时，应加大轴的截面，减小跨距轴的刚度不足时，应加大轴的截面，减小跨距 三、轴设计的基本准则三、轴设计的基本准则轴上零件装拆方便轴上零件

3、定位可靠加工工 艺性好1 1、 具有足够的强度和刚度，具有足够的强度和刚度， 使用中不发生断裂和过大的弹性变形使用中不发生断裂和过大的弹性变形2 2、 结构合理结构合理 6 8.2 8.2 轴的结构设计轴的结构设计一、一、轴的各部分名称轴的各部分名称7 8.2 轴的结构设计轴的结构设计二、轴上零件的轴向定位1 1、轴肩或轴环、轴肩或轴环h=h=（2 23 3）C=(2C=(23)R (h=33)R (h=35mm)5mm)rR ,rCrR ,rC与标准件配合的轴段与标准件配合的轴段 d,h,rd,h,r参考标准件确定参考标准件确定2 2、轴套、轴套( (活动的轴肩或轴环活动的轴肩或轴环) )轴

4、套的径向尺寸参照定位轴肩确定轴套的径向尺寸参照定位轴肩确定轴套定位的零件轴套定位的零件: :轮毂长轮毂长- -轴段长轴段长=2=23 3mmmm轴套与轴为过渡配合轴套与轴为过渡配合定位结构要求定位结构要求常用定位方法常用定位方法8 8.2 轴的结构设计轴的结构设计3 3、其他轴向定位方法、其他轴向定位方法紧定螺钉（图紧定螺钉（图8-168-16a a，e e）弹性挡圈（图弹性挡圈（图8-168-16b b）轴端挡圈（图轴端挡圈（图8-168-16c c，f f）圆圆 螺螺 母（图母（图8-168-16d d）紧定螺钉（图紧定螺钉（图8-168-16a a，e e）弹性挡圈（图弹性挡圈（图8-1

5、68-16b b）圆圆 螺螺 母（图母（图8-168-16d d）轴端挡板（图轴端挡板（图8-168-16c c，f f）常用轴向定位方法常用轴向定位方法9 8.2 轴的结构设计轴的结构设计4 4、轴系整体轴向定位、轴系整体轴向定位轴承端盖轴承端盖三、轴上零件的周向定位三、轴上零件的周向定位-键键, ,花键花键, ,销，销，紧配合紧配合四、轴的结构工艺性四、轴的结构工艺性1 1、减少应力集中、减少应力集中轴的圆角尽可能大，重载轴轴的圆角尽可能大，重载轴r r0.1d0.1d相邻轴段直径差不要太大相邻轴段直径差不要太大减少应力集中的常用结构形式（图减少应力集中的常用结构形式（图8-138-13，

6、8-148-14）常用周向定位方法常用周向定位方法10 8.2 轴的结构设计轴的结构设计2 2、加工方便、加工方便轴的形状力求简单轴的形状力求简单, ,减少轴段的变化减少轴段的变化. .轴的所有键槽在一条直线上轴的所有键槽在一条直线上, ,圆角尽量统一圆角尽量统一有必要的螺纹退刀槽有必要的螺纹退刀槽, ,砂轮越程槽砂轮越程槽11 8.2 轴的结构设计轴的结构设计3 3、装拆方便、装拆方便轴端有轴端有4545倒角倒角非定位轴肩，非定位轴肩，h=0.5 h=0.5 1mm1mm零件间留必要的轴向间隙零件间留必要的轴向间隙滚动轴承定位轴肩低于轴承内圈厚度滚动轴承定位轴肩低于轴承内圈厚度 12 8.2

7、 轴的结构设计轴的结构设计4 4、轴上零件合理布置、轴上零件合理布置改变轴的受力状态改变轴的受力状态13 8.2 轴的结构设计轴的结构设计四、轴的设计步骤四、轴的设计步骤2 2、确定最小轴径、确定最小轴径d dminmin 按轴只受扭矩作用按轴只受扭矩作用 设计式设计式: : A A =110=110160,160,材质好、弯矩小、载荷平稳取小值材质好、弯矩小、载荷平稳取小值336 2010559nPAnPdT . 2 . 01055. 936TTTdnPWT 1 1、确定轴上零件的装配方案、确定轴上零件的装配方案- -装配方案影响结构装配方案影响结构3 3、考虑轴上零件的定位和装拆要求，确定

8、各轴段的径向尺寸、考虑轴上零件的定位和装拆要求，确定各轴段的径向尺寸 由外向内由外向内4 4、考虑轴上零件的定位和装拆要求，确定各轴段的轴向尺寸、考虑轴上零件的定位和装拆要求，确定各轴段的轴向尺寸 由内向外由内向外5 5、精确校核轴的强度、精确校核轴的强度14 8.3 轴的强度计算轴的强度计算一、弯扭合成强度计算一、弯扭合成强度计算1 1、绘出轴的空间受力图、绘出轴的空间受力图2 2、外载荷向轴线简化、外载荷向轴线简化3 3、空间力系分解为、空间力系分解为: :XYXY（V V面）、面）、XZXZ（H H面）面）力系和扭矩力系力系和扭矩力系4 4、求解、求解XYXY平面力系得支反力和弯矩，平面

9、力系得支反力和弯矩， 并作弯矩图并作弯矩图5 5、求解、求解XZXZ平面力系得支反力和弯矩，平面力系得支反力和弯矩， 并作弯矩图并作弯矩图6 6、求合成弯矩、求合成弯矩, ,作合成弯矩图作合成弯矩图7 7、计算扭矩，作扭矩图、计算扭矩，作扭矩图8 8、求当量弯矩、求当量弯矩, ,作当量弯矩图作当量弯矩图VMHMT22VHMMM 22)( TMMv 15 中中式式 )( 22TMMv 应力折算系数应力折算系数( (将将 ) ) 考虑考虑T T引起的引起的与与M M引起的引起的循环特性不同，将循环特性不同，将折算成等效的折算成等效的9 9、校核危险截面强度、校核危险截面强度 131 . 0 bvc

10、adM31 1 . 0 bvMd或或 注：键槽削弱轴的强度注：键槽削弱轴的强度, ,一个键槽一个键槽, ,轴径轴径d d 加大加大45%,45%, 两个键槽两个键槽, ,轴径轴径d d 加大加大710% 710% 3 .011 bb（1 1）轴单向稳定运转）轴单向稳定运转, , 为静应力为静应力 （2 2）频繁启动或扭矩波动）频繁启动或扭矩波动, , 为脉动变应力为脉动变应力 6 .001 bb（3 3）轴频繁正反转）轴频繁正反转, ,为对称循环变应力为对称循环变应力 111 bb8.3 轴的强度计算轴的强度计算16 8.3 轴的强度计算轴的强度计算二、按疲劳强度计算安全系数二、按疲劳强度计算安全系数考虑应力集中、尺寸因素、表面状态对轴疲劳强度的影响考虑应力集中、尺寸因素、表面状态对轴疲劳强度的影响 SSSSSSca 22全全系系数数弯弯矩矩产产生生正正应应力力作作用用安安 makS1全全系系数数扭扭矩矩产产生生剪剪应应力力作作用用安安 makS117 8.3 轴的强度计算轴的强度计算三、按静强度计算轴的安全系数三、按静强度计算轴的安全系数 对瞬时过载较大的轴，按尖峰载荷计算静强度对瞬时过载较大的轴，按尖峰载荷计算静强度 0